CN106474949A - 一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，包括抽气***、供气***、排气***和控制***四大部分。供气***包括气瓶、气体混合器和定容弹，其中在气体混合器上装有压力传感器和微压传感器，在气瓶与气体混合器的连通路上装有具有通断功能的流量计。本发明采用预先分步混合，且在混气过程中实现了自动控制运行，通过数据输入装置可以随时设定各种参数，并且通过气体组分分析仪分析混气结果，提高了安全系数，使混气更加均匀，混气组分精度更高。

Description

一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***

技术领域

本发明涉及一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，属于测试技术领域和动力装置领域。

背景技术

定容弹是动力机械装置测试领域中普遍使用的一种密闭容器，而预燃加热式定容弹为一种需要预先在弹体内充入预混燃气并点燃从而进行加热的定容弹，这就需要在点燃之前预先混合燃气，由于对燃烧条件的可控性需求，因此需要精确的控制进入预燃加热式定容弹的气体的组分和压力，传统的混气过程直接将气瓶中的气体喷入定容弹中，燃气的定量和混合均在定容弹中进行，不仅容易发生危险，直接损坏弹体，而且由于在喷射过程中压强差的不断变化，将直接引起喷射流量的变化，导致最终混气结果不精确。此外，这种方式还存在控制精度不高、气体混合不充分、易受干扰等诸多缺陷。尤其是传统的混气方式对于在混合气体中占比很小的组分容易产生局部集聚的现象，必须使用搅拌等复杂器械才能够混合均匀，这无形中增加了***成本，也给***高压下的密封性能创造了难题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能够精确控制各气体量、危险性低的预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，能够为预燃加热式定容弹提供不同压力精确配比的混合燃气。

本发明的目的是这样实现的：包括抽气***、供气***、排气***和控制***，所述抽气***包括真空泵和微压传感器，所述供气***包括至少气瓶、与气瓶连接的气体混合器、与气体混合器连接的预燃加热式定容弹，所述气瓶至少有两个，且在每个气瓶与气体混合器之间的管路上设置有减压阀和具有通断功能的流量计，所述气体混合器上还设置有压力传感器，所述排气***是指预燃加热式定容弹上设置的与外界连通的管路，且每个气瓶的瓶口处、气体混合器与预燃加热式定容弹之间的管路上、预燃加热式定容弹与外界连通的管路上分别设置有手动旋拧阀，所述微压传感器也安装在气体混合器上，所述控制***包括可编程控制器和数据输入装置，具有通断功能的流量计、真空泵的控制端、压力传感器、和微压传感器的信号输出端都与所述可编程控制器相连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.预燃加热式定容弹出口连接有气体组分分析仪。

2.各气瓶里气体按所需摩尔占比由小到大依次喷入所述气体混合器，经混合均匀后再向所述预燃加热式定容弹供给。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用气体混合器预混气体然后向真空状态下的定容弹中充气的方式给定容弹供给所需比例的混合气体，气体混合器中的气体可以达到预先混合，避免了直接向定容弹中充气造成的混气不均的问题；

通过向气体混合器中分步供气，先供入体积占比较小的气体，再通入体积占比较大的气体，通过后通入体积占比大的气体形成的大气流使混气更加均匀，避免了占比小的气体局部集聚、混合不均的问题；

通过控制***的设计，可以实现将每一次通进气体之后的压力的精确控制，从而得到精确的混合气体。

通过气体组分分析仪的分析，既可以实现对最终混气组分的精确分析，也可以对实验结束后的尾气进行组分分析，既起到了对混气结果的确认功能，又增大了实验数据的获取量。

附图说明

图1是本发明在充气混合状态的工作示意图；

图中：1、气瓶，2、减压阀，3、具有通断功能的流量计，4、气体混合器，5、预燃加热式定容弹，6、气体组分分析仪，7、真空泵，8、压力传感器，9、微压传感器，10、控制***，11、可编程控制器，12、数据输入装置。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示：本发明的一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，其目的是将多种气体，如氢气(H₂)、乙炔(C₂H₂)、氧气(O₂)、氮气(N₂)等四种气体混合成定容弹所需比例的燃气，并对定容弹进行充气，其包括气体混合器4、与气体种类对应的四种气瓶1作为气源，四个气瓶1分别通过管道与气体混合器4连接，四个管道上分别设置有一个具有通断功能的流量计3，其中，流量计可以获得通气过程中的总流量，在气体混合器上还装有压力传感器8，气体混合器4通过管道与定容弹5相连，管道上有手动旋拧阀，气体混合器4与真空泵6也通过另一管道相连，管路上装有单向阀，且所述的控制***10包括数据输入装置12、可编程控制器(PLC)11，其中，在本实施方式中，数据输入装置12、流量计3、压力传感器8、微压传感器9和真空泵7均分别与可编程控制器11连通。

利用上述的多组分燃气混合***进行气体混合的方法，包括以下步骤，以前三种气体摩尔比为0.5：3：28.888，定容弹内目标压力p_i为例：

3C₂H₂+0.5H₂+28.888O₂+69.33N₂→6CO₂+69.33N₂+3.5H₂O+21.13

在触摸屏上设置预混气体摩尔数和定容弹目标压力，控制器通过计算得出分布喷气过程中的p₁、p₂、p₃和p₀为喷入气体做准备；

1)抽气：开始工作后，打开气体混合器与真空泵连接处的手动旋拧阀，打开内部阀门，关闭外部阀门，控制器通过检测微压传感器的信号控制真空泵对***内部气路抽真空，真空度达到预定要求后停止抽气，关闭连通真空泵与气体混合器、连通气体混合器与定容弹，准备开始在气体混合器中进行混气；

混气：通过计算得出的p₁、p₂、p₃和p₀，控制器控制流量计向气体混合器中分别通入氢气、乙炔、氧气和氮气，通气过程中监测压力传感器的信号进行闭环控制，并且通过检测流量计的流量信号以保证气体混合器内部各组分的精确量；

2)充气：混气结束后关闭流量计电磁阀，静置气体混合器至内部气体混合均匀，然后打开定容弹与气体混合器间的阀门，混合气在真空中膨胀，开始自动充气直至气体混合器内压力传感器达到p_i，充气结束；

3)排气：实验结束后，打开真空泵连通阀门，使用氮气(N₂)扫出气路内部残气。

4)上述内容为本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，本行业技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，包括抽气***、供气***、排气***、控制***四大部分：

(1)抽气***：包括真空泵及微压传感器，真空泵通过管路与气体混合器连通，管路上装有单向阀。

在混气开始之前要进行抽气，开启真空泵，对***内气体混合器、定容弹及相关管路进行抽真空，当微压传感器读数符合所需真空度时停止抽气，关闭泵端旋拧阀密封。

(2)供气***：包括气瓶、气体混合器、预燃加热式定容弹以及装于气体混合器上的压力传感器。其中气瓶口装有手动旋拧阀以及调压阀，按调压阀、具有通断功能的流量计、单向阀、气体混合器的顺序以管路相连，气体混合器与定容弹也由管路连接，气体混合器和定容弹与管路连接处装有用于密封的旋拧阀。

供气时首先关闭气体混合器与定容弹连接处旋拧阀，打开气瓶阀，将减压阀调至所需压力，具有通断功能的流量计在控制***的控制下分别开启向气体混合器中供气，当混合器中混气达到要求后停止供气，关闭气瓶阀，打开气体混合器与定容弹连接处阀门，气体混合器自动向定容弹中供气直到压力稳定，供气结束。

(3)排气***：包括使定容弹与外界连通的管路。

(4)实验结束后，打开此处管路以及定容弹与气体混合器之间的阀门、关闭气体混合器与真空泵之间的阀门，使用氮气冲洗***内尾气，并将残气排入外界大气。

(5)控制***：包括可编程控制器和数据输入装置。

上述例中可编程控制器连接了真空泵和具有通断功能的流量计的控制端，同时也连接了压力传感器、微压传感器和流量计的信号输出端。从气瓶开始，按气流方向管路上分别装有调压阀、具有通断功能的流量计、单向阀、气体混合器，气体混合器与预燃加热式定容弹通过管路相连，其管路上装有单向阀，单向阀的流动方向为从气体混合器到预燃加热式定容弹，预燃加热式定容弹与真空泵通过管路相连，管路上装有手动旋拧阀。

所述的可编程控制器内设置有接受数据输入装置的信息并计算具有通断功能流量计中电磁阀开启或关闭时间的程序，接收流量计、压力传感器输出信号并反馈计算电磁阀开启或关闭时间的程序，接受微压传感器输出信号并控制真空泵开启或关闭的程序。

本发明的工作原理是：由真空泵在控制***的控制下将定容弹和气体混合器及相关管路抽为真空，在管道上设置流量计，流量计可以得出气体流通过程中的累计流量。另外，本发明采用分步混气法，其具体过程为：将需要预混的每种气体分别喷入气体混合器。每种气体喷入时根据压力传感器的信号，通过可编程控制器控制流量计电磁阀的通断，控制***经过计算得出的流量与流量计输出流量比对，从而获得高精度混合比例的混合气体。

其理论基础有下面计算公式获得：

向容积为V的真空容器中喷入n₁摩尔A气体，容器中的压强由气体状态方程得：

P₁＝n₁RT/V

在其中加入n₂摩尔B气体，容器中压强变为：

以此类推。

当气体混合器充气完毕时，打开其与定容弹连接管路上的阀门，由于各气体容器容积已知，气体混合器对定容弹的充气过程中定容弹内的压力p_i用如下公式计算：

p_i＝V₃p₀/(V₁+V₂+V₃)

以上各式中：R＝8.314J·mol^-1·K^-1为通用气体常数，T为温度，P_i为充气后定容弹内压力，P₀为充气前混合器内压力，V₁为定容弹容积，V₂为管路容积，V₃为混合器容积。

由以上公式可知，改变分部混气中的压力，即可获知已喷入混合器中的气体物质的量。

此外，通过流量计测得的结果可以与预设值进行比对和修正，以提高混气的精度。

在本技术方案中，***误差产生的原因存在一下几种情况：

1)电磁阀有效截面积加工误差及电磁阀通断响应时间误差。

2)充气管道长短而造成的压力损耗误差。

3)两种以上气体的分子结构不同造成的误差，即由于气体的可压缩性不一致造成的误差。

4)混合器的气体压力变化造成的流量变化误差。

本发明包括抽气***、供气***、排气***、控制***四大部分，抽气***包括真空泵7及装于气体混合器4上的微压传感器9，且所述真空泵7与气体混合器4连通的管路上装有单向阀；供气***包括气瓶1、气体混合器4、预燃加热式定容弹5以及装于所述气体混合器4上的压力传感器8，其中，所述气瓶1与所述气体混合器4以管路相连，所述管路上装有减压阀2和具有通断功能的流量计3，所述预燃加热式定容弹5与所述气体混合器4以管路相连，且管路上装有手动旋拧阀；排气***包括所述预燃加热式定容弹5及其与外界连通的管路，且所述管路上装有手动旋拧阀；控制***包括可编程控制器11及数据输入装置12，其中，具有通断功能的流量计3和真空泵6的控制端以压力传感器8和微压传感器9的信号输出端都与所述可编程控制器11相连。所述预燃加热式定容弹5出口连接有气体组分分析仪6。

Claims (3)

1.一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，其特征在于：包括抽气***、供气***、排气***和控制***，所述抽气***包括真空泵和微压传感器，所述供气***包括至少气瓶、与气瓶连接的气体混合器、与气体混合器连接的预燃加热式定容弹，所述气瓶至少有两个，且在每个气瓶与气体混合器之间的管路上设置有减压阀和具有通断功能的流量计，所述气体混合器上还设置有压力传感器，所述排气***是指预燃加热式定容弹上设置的与外界连通的管路，且每个气瓶的瓶口处、气体混合器与预燃加热式定容弹之间的管路上、预燃加热式定容弹与外界连通的管路上分别设置有手动旋拧阀，所述微压传感器也安装在气体混合器上，所述控制***包括可编程控制器和数据输入装置，具有通断功能的流量计、真空泵的控制端、压力传感器、和微压传感器的信号输出端都与所述可编程控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，其特征在于：预燃加热式定容弹出口连接有气体组分分析仪。

3.根据权利要求1或2所述的一种预燃加热式定容弹的多组分燃气混合***，其特征在于：各气瓶里气体按所需摩尔占比由小到大依次喷入所述气体混合器，经混合均匀后再向所述预燃加热式定容弹供给。